KR101762903B1 - 배기 및 배수 오염물질 저감장치 - Google Patents

배기 및 배수 오염물질 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 배기 및 배수 오염물질 저감장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치는 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수 공급관과, 상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에 상기 세정수 공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 상기 배기가스관에 연결되며, 펄스 코로나 방전을 하여 상기 배기가스를 산화시키고 오존을 발생시켜 상기 세정수를 살균하는 플라즈마 정화유닛과, 상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함한다.

Description

배기 및 배수 오염물질 저감장치{Apparatus for reducing water and air pollutant}
본 발명은 배기 및 배수 오염물질 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질과 해수에 포함된 미생물을 사멸하여 배출할 수 있는 배기 및 배수 오염물질 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이 때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다.
또한, 선박은 균형 및 흘수를 유지하기 위해 선체에 마련된 평형수 탱크에 평형수를 저장한다. 평형수는 출발지의 해상에서 채워진 후 목적지의 해상에 배출되므로, 별도의 수처리를 하지 않고 배출할 경우 수질오염과 해양 생태계 변화를 유발할 수 있다.
이러한 이유로, 선박의 대기오염 및 수질오염에 대한 환경규제가 강화되고 있으며, 각종 규제를 만족시키기 위해 다양한 처리장치가 선박에 적용되고 있다. 대기오염에 관한 환경규제 중 해양 배기가스 배출통제지역(ECA; Emission Control Area)의 운항 및 정박 시 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산화물을 0.1% 이하로 규정하는 규제가 발효되어 있으며, 황산화물의 제거를 위해 일반적으로 습식 스크러버(wet scrubber)가 사용되고 있다. 습식 스크러버는 해수, 청수 또는 알칼리 용액과 배기가스를 기액 접촉하여 황산화물을 제거한다. 또한, 수질오염에 관한 환경규제 중 선박의 평형수에 포함된 일정 크기 이상의 미생물들을 사멸시켜야 하는 규제가 발효되어 있으며, 미생물의 살균을 위해 전기분해, 오존, 자외선 등의 처리 방식이 사용되고 있다.
그러나, 종래의 시스템은 배기가스를 정화하기 위한 시스템과 평형수를 처리하기 위한 시스템이 각각 독립적으로 동작하여 비효율적이며, 시스템의 설치 및 유지 비용이 증가할 뿐만 아니라 시스템의 배치를 위해 넓은 설치공간이 요구되어 선박 내 공간 활용도가 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0123665호 (2014. 10. 23)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질과 해수에 포함된 미생물을 사멸하여 배출할 수 있는 배기 및 배수 오염물질 저감장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수 공급관과, 상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에 상기 세정수 공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 상기 배기가스관에 연결되며, 펄스 코로나 방전을 하여 상기 배기가스를 산화시키고 오존을 발생시켜 상기 세정수를 살균하는 플라즈마 정화유닛과, 상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함한다.
상기 플라즈마 정화유닛은, 통형상 또는 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 플레이트형상의 제1 전극과, 상기 제1 전극의 내측 또는 상기 제1 전극의 사이에 이격되어 배치되며 상기 배기가스의 유동방향과 수직 방향으로 배열된 와이어 형상의 제2 전극을 포함하는 반응 모듈을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 복수 개가 서로 이격되어 상기 배기가스의 유동방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 반응모듈은 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 배치될 수 있다.
상기 반응모듈은 상기 배기가스의 농도, 유속, 유량, 온도 중 어느 하나의 조건에 따라 선택적으로 동작할 수 있다.
상기 세정수배출관과 상기 세정수 공급관을 연결하는 순환관을 더 포함할 수 있다.
상기 세정수배출관과 연결되어 상기 스크러버를 통과한 세정수에 포함된 찌꺼기를 분리하는 분리유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 세정수공급관은 외부로부터 해수를 유입받아 밸러스트 탱크로 밸러스트수를 공급하는 해수공급관으로부터 분지될 수 있다.
상기 해수공급관 또는 상기 스크러버 중 적어도 하나에 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 중화제공급부는, 상기 스크러버 내부에 상기 중화제를 공급하되, 상기 세정수가 상기 배기가스와 상기 중화제를 순차적으로 접하도록 상기 중화제를 공급할 수 있다.
상기 중화제공급부는 상기 스크러버 상부 또는 하부에 위치한 상기 세정수공급관 끝단의 하단부로 상기 중화제를 주입할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 정화유닛를 통과한 배기가스가 습식 스크러버를 통과하면서 이중으로 정화되어 배기가스 내의 오염물질을 현저하게 저감시킬 수 있는 장점이 있으며, 플라즈마 정화유닛을 통과한 배기가스가 세정수에 용해되어 강산을 만들어 세정수(해수) 속의 미생물을 사멸시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 스크러버 전단에 플라즈마 정화장치가 설치되어 스크러버로 유입되는 배기가스 내에 오존이 포함되어 있어, 세정수에 포함된 미생물을 사멸하는데 더욱 효과적이다. 이러한 장치는 종래의 평형수 처리시스템에 비해 여과장치, 살균장치 등을 생략할 수 있고, 해수 펌프와 중화제 공급부를 공용할 수 있어, 시스템의 설치 및 유지비용이 감소하고 선박 내부의 공간 활용도를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정화유닛의 절개사시도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 정화유닛의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 정화유닛의 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치의 작동도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및배수 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)는 배기가스에 포함된 각종 오염물질(질소산화물, 황산화물, 분진 등)의 농도를 줄여 배기기준에 적합한 공기를 배출할 수 있으며, 해수에 포함된 미생물의 살균처리가 동시에 이루어져 평형수로 사용하거나 해수로 배출할 수 있는 장치이다. 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)는 주로 선박에 탑재되어 선박에서 발생하는 배기가스의 오염물질을 제거하면서 평형수로 사용하는 해수에 포함된 미생물을 동시에 사멸할 수 있다. 또한, 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)는 배기가스의 오염물질 제거 기능과 평형수의 미생물 사멸 기능을 각각 작동시키거나 작동비율을 필요에 따라 조절할 수 있어, 종래의 평형수 처리 시스템에 포함된 살균장치 등이 제거될 수 있는 장점이 있다. 이러한 장치는 종래의 습식 스크러버 시스템에서 배관과 플라즈마 정화유닛(50)만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)는 배기가스관(10)과, 세정수공급관(20)과, 스크러버(40)와, 플라즈마 정화유닛(50) 및 세정수배출관(41)을 포함한다.
배기가스관(10)은 연소기관으로부터 배기가스가 이동하는 관으로 스크러버(40)에 연결된다. 배기가스관(10)은 연소기관의 배기관에 직접 연결되어 고온의 배기가스가 직접 이동하거나 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 재활용하고 남은 폐가스가 이동하는 통로가 될 수 있다.
여기서, 연소기관은 연료를 연소하여 선박에 필요한 각종 동력을 발생시키는 장치로, 예를 들어, 메인 엔진, 발전기 엔진 등으로 형성될 수 있다. 배기가스관(10)에는 복수 개의 연소기관의 배기관이 연결될 수 있으며, 복수 개의 연소기관은 필요에 따라 선택적으로 동작할 수 있다.
이러한 연소기관은 통상, 화석 연료를 연소하여 동력을 발생시키므로, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스를 발생시킨다. 발생된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관의 일 측에 연결된 배기가스관(10)을 통해 스크러버(40)로 공급된다.
한편, 세정수공급관(20)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(40)에 공급하는 관으로, 일단부가 해수공급관(30) 또는 청수공급관(21)에 연결되고 타단부가 스크러버(40)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수공급관(20)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받을 수 있다.
이하, 세정수는 주로 해수인 것으로 한정하여, 세정수공급관(20)을 통해주로 해수가 유입되어 스크러버(40)로 공급되는 과정을 주로 설명한다.
해수공급관(30)에는 펌프(36)가 설치되어 세정수를 스크러버(40)로 원할하게 공급할 수 있다. 특히, 세정수공급관(20)은 해수공급관(30)으로부터 분지되어 스크러버(40)로 연결되는 구조로 세정수공급관(20)과 해수공급관(30)의 연결부분에는 제어밸브(31)가 설치되어 있다. 제어밸브(31)는 세정수공급관(20)을 통하여 공급되는 해수의 양을 조절하거나 세정수공급관(20)으로 분지되어 공급되는 해수와 해수공급관(30)을 통하여 평형수탱크(60)로 공급되는 해수의 비율을 조절할 수 있다.
스크러버(40)는 배기가스관(10)을 통해 유입되는 배기가스에 세정수공급관(20)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 통상의 습식 스크러버일 수 있다. 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 플라즈마 정화유닛(50)을 통과하여 1차 정화되며, 다시 스크러버(40)를 통해 2차 정화된다.
플라즈마 정화유닛(50)은 배기가스관(10)에 연결되어 펄스 코로나 방전을 하여 배기가스를 정화하는 장치로, 펄스 고전압에 의해 코로나 방전이 되면 배기가스가 플라즈마 상태가 되어 오존과 O2, OH 등의 산화성 라디칼을 발생시켜 질소산화물이나 황산화물 등의 오염물질을 제거한다.
플라즈마 정화유닛(50)은 통 형상 또는 서로 평행하게 배치된 플레이트 형상의 제1 전극(53)과, 통 형상을 갖는 전극의 내측 또는 플레이트 형상을 갖는 전극의 사이에 이격되어 배치된 와이어 형상의 제2 전극(52)을 포함하여 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 정화유닛(50)의 구제적인 구조에 관해서는 후술한다.
플라즈마 정화유닛(50)은 배기가스가 아래의 반응식에 따라 반응하여 배기가스 내의 오염물질을 저감시킨다.
<반응식>
NO + O -> NO2
NO + H2O -> NO2 +OH
NO + OH -> HNO2
HNO2 + OH -> NO2 +H2O
NO + O3 -> NO2 + O2
NO2 + OH -> HNO3
SO2 + OH -> HSO3
HSO3 + OH -> H2SO4
SO2 + O -> SO3
SO3 + H2O -> H2SO4
플라즈마 정화유닛(50)은 제1 전극(53)과 제2 전극(52) 사이를 통과하는 배가가스를 직접 정화할 수 있으며, 배기가스를 정화하고 남은 오존이 스크러버(40)로 유입되면서 스크러버(40) 내부로 유입되는 세정수(해수) 속의 미생물을 사멸시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 정화유닛(50)은 유동하는 배기가스를 직접 정화하고, 질소산화물을 산화시켜 스크러버(40)에서 쉽게 용해될 수 있도록 하며, 오존을 스크러버(40)에 공급하여 세정수 속의 미생물을 사멸하는 기능을 동시에 할 수 있다. 또한, 플라즈마 정화유닛(50)은 후술할 주입유닛(33)에 오존을 주입하여, 미생물을 사멸시킬 수도 있다.
한편, 세정수공급관(20)은 스크러버(40) 내부에 위치한 단부가 스크러버(40)의 상부에 다단(多段)으로 배치되며, 복수 개로 분지되어 세정수를 미립자 형태로 분무할 수 있다. 즉, 스크러버(40)의 상부에 배치된 세정수공급관(20)은 배기관(42)이 위치한 스크러버(40)의 하부를 향하여 세정수를 분무하여, 배기가스와 세정수를 효과적으로 접촉시킬 수 있다. 스크러버(40) 내부에서 배기가스와 세정수가 접촉함에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물 및 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 질소산화물, 황산화물 및 분진의 오염물질이 제거된 배기가스(G2)는 별도의 배출관(42)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(42)을 통해 배출되는 배기가스(G2)는 질소산화물, 황산화물 및 분진 등의 오염물질이 제거되어, 배기기준에 적합하게 되어 대기 중에 그대로 배출할 수 있다.
스크러버(40) 내부에서 오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물 및 분진 등이 포함된 세정수는 세정수배출관(41)을 통해 배출된다.
스크러버(40)는 플라즈마 정화유닛(50)을 통과한 배기가스를 세정하는 역할을 할 뿐만 아니라, 해수를 세정수로 사용할 경우 세정수 속에 존재하는 미생물을 제거하는 역할을 한다. 즉, 세정수는 스크러버를 통과하면서 미생물이 사멸되어 선체 외부로 배출되거나, 평형수 탱크(60)에 저장되어 평형수로 활용될 수 있다.
스크러버(40) 내부에서 배기가스에 포함된 황산화물과 질소산화물이 세정수에 녹으면서 강산을 나타내는 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)을 형성하여, 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 이때, 배기가스에는 플라즈마 정화유닛(50)로부터 발생된 오존이 함께 포함될 수 있어, 오존에 의한 살균력이 세정수의 미생물을 함께 사멸시킬 수 있다.
한편, 스크러버(40) 내부에 생성된 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)은 중화제공급부(55)를 통하여 공급된 중화제에 의해 중화될 수 있다. 예를 들어, 중화제는 알칼리 용액, 즉, 수산화나트륨(NaOH) 또는 차아염소산나트륨(NaOCl)일 수 있으며, 해수 등을 전기분해하여 얻을 수 있다. 따라서, 중화제공급부(55)는 단순히 중화제 탱크를 포함할 수도 있으며, 전기분해장치를 포함하여 중화제를 직접 생산하는 장치일 수 있다.
중화제공급부(55)는 중화제를 스크러버(40)에 공급하거나 세정수공급관(20) 또는 혼합관(34) 후단에 공급할 수 있다. 중화제공급부(55)가 중화제를 스크러버(40)에 직접 공급할 경우, 세정수가 배기가스와 접하고 난 후 순차적으로 접하도록 할 수 있다. 즉, 세정수 내부의 미생물 살균을 위하여 배기가스가 세정수와 먼저 접하여 황산과 질산에 의해 미생물을 사멸시킨 후, 중화제가 세정수에 섞여 세정수를 적정 pH가 되도록 중화시킬 수 있다. 따라서, 중화제공급부(55)는 중화제를 스크러버(40)의 상부 또는 하부에 위치한 세정수공급관(20)의 끝단의 하단부로 주입할 수 있다.
배기가스와 접한 세정수가 스크러버(40) 하부에 모여 세정수배출관(41)으로 배출되기 전에 중화제와 섞여 세정수가 중화될 수 있다. 이러한 방식으로 스크러버(40) 내에서 배기가스 내의 오염물질을 제거하고, 세정수의 미생물을 사멸하고 세정수를 중화시키는 과정이 한번에 이루어질 수 있다.
세정수배출관(41)은 스크러버(40) 내부의 세정수를 배출하는 관으로 필터유닛(70)을 통하여 해수공급관(30)과 다시 연결될 수 있다. 즉, 세정수배출관(41)은 필터유닛(70)을 통하여 고체상 입자를 분리한 후 평형수탱크(60)로 저장되거나 외부로 배출될 수 있다. 세정수배출관(41)은 반드시 해수공급관(30)과 연결될 필요는 없으며 독립적으로 평형수탱크(60)와 연결되거나 선박의 외부로 연결될 수 있다.
세정수배출관(41)에는 순환관(91)이 연결될 수 있다. 순환관(91)은 세정수배출관(41)을 통하여 배출되는 세정수를 세정수공급관(20)으로 재순환시키기 위한 것으로, 세정수를 평형수로 사용하지 않거나 외부로 배출할 필요가 없을 때에 세정수를 스크러버(40)로 순환시켜 계속 사용할 수 있다.
세정수배출관(41)과 순환관(91) 사이에는 재순환탱크(90)가 설치될 수 있다. 재순환탱크(90)는 스크러버(40)를 통하여 배출된 세정수 중 일부를 저장할 수 있으며, 순환관(91)을 통하여 일정한 양의 세정수가 순환될 수 있도록 일종의 버퍼탱크 역할을 할 수 있다.
재순환탱크(90)는 필터유닛(70)과 같이 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 포함하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 제거하고 순환관(91)을 통해 세정수를 재순환할 수 있다.
세정수공급관(20)은 해수공급관(30), 청수공급관(21) 및 순환관(91)과 연결되어 있어, 배기가스의 농도, 스크러버(40)의 처리용량, 세정수의 농도 및 오염도 등을 고려하여 해수, 청수, 순환수를 적절히 섞어 스크러버(40)로 공급할 수 있다.
필터유닛(70)은 스크러버(40)의 후단에 설치되어 스크러버(40)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자 등을 분리하는 장치로, 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리하여 슬러지탱크(80)로 배출할 수 있다. 필터유닛(70)은 펌프(36)와 제어밸브(31) 사이의 해수공급관(30)에 연결될 수 있다. 즉, 해수공급관(30)으로부터 공급되는 해수가 필터유닛(70)을 통과하여 스크러버(40)로 공급되고, 스크러버(40)를 통과한 세정수가 다시 필터유닛(70)을 통과할 수 있다. 즉, 하나의 필터유닛(70)으로 외부에서 유입된 해수와 스크러버(40)를 통과한 세정수를 모두 필터링 할 수 있다. 또는 필터유닛(70)은 두 개로 분기되어 해수와 스크러버를 통과한 세정수를 각각 필터링할 수 있다. 또한, 필터유닛(70)의 일 측에는 제어밸브(31) 후단의 해수공급관(30)에 직접 연결되는 합류관(38)이 설치될 수 있다.주입유닛(33)의 후단에는 센서부(32)가 설치되어 있어, 혼합관(34)을 통하여 배출되는 세정수와 해수 중의 총잔류산화제양(total residual oxidant), pH 농도, 미생물 농도 등을 실시간으로 파악할 수 있다. 센서부(32)의 결과값에 따라 플라즈마 정화유닛(50)과 중화제 공급부(55)는 산화제, 중화제, 살균제를 공급량을 적절히 조절한다.
혼합관(34)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 평형수탱크(60)로 유입되거나 외부로 배출된다.
평형수탱크(60)는 세정수배출관(41)을 통해 배출되는 세정수를 저장하여 선박의 평형을 유지한다. 선박에는 적어도 하나의 평형수 탱크(60)가 설치될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 세정수배출관(41)을 통해 배출되는 세정수는 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 흡수한 상태이므로, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수의 수소이온농도지수, 즉, pH값은 세정수공급관(20) 내부를 유동하는 세정수의 pH값보다 더 낮다. 다시 말해, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수는 황산화물로 인해 산성화되어, 세정수공급관(20) 내부를 유동하는 세정수보다 PH값이 낮다. 따라서, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률은 세정수공급관(20) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률보다 낮다.
즉, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수는 산성화로 인해 미생물의 생존률이 낮아 일정 크기 이상의 미생물들을 사멸시켜야 하는 평형수 규제조건을 만족시키므로, 평형수로 사용하기에 적합하다. 스크러버(40)에서 배출된 미생물이 사멸한 세정수를 평형수로 사용함으로써, 미생물을 사멸하기 위한 별도의 평형수 처리 시스템이 생략될 수 있으며, 이로 인해, 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다. 또한, 종래의 습식 스크러버 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 장점이 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 플라즈마 정화유닛에 관하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정화유닛의 절개사시도이고, 도 3은 도 2의 플라즈마 정화유닛의 단면도이다.
플라즈마 정화유닛(50)는 제1 전극(53)과 제2 전극(52)을 포함하는 반응모듈(51)을 포함한다. 반응모듈(51)은 제1 전극(53)과 제2 전극(52)을 포함하는 독립적인 플라즈마 발생유닛을 말하며, 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 사용될 수 있다.
제1 전극(53)은 통형상 또는 한 쌍의 플레이트 형상을 갖는 전극으로 접지판 역할을 할 수 있으며, 제2 전극(52)은 얇은 와이어 형상을 갖는 전극으로 방전극 역할을 할 수 있다. 이러한 제2 전극(52)에 고전압의 펄스를 인가하면 제1 전극(53)과 제2 전극(52) 사이에 코로나 방전이 이루어지면서 그 사이를 통과하는 배기가스가 플라즈마 상태가 되어 오존과 라디칼 이온을 발생시킨다.
제1 전극(53)은 다각형 또는 원통형상으로 형성되어 그 중앙에 제2 전극(52)이 배치될 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 또한, 제1 전극(53)은 한 쌍의 플레이트 전극으로 형성될 경우 중앙에 제2 전극(52)이 배치될 수 있도록 서로 이격 배치된다.
제2 전극(52)은 복수 개가 서로 이격되어 배기가스의 유동방향을 따라 배치될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 전극(52)은 배기가스의 유동방향과 수직방향으로 배열될 수 있으며, 서로 나란히 배열되어 배기가스의 유동방향을 따라 배치될 수 있다. 제2 전극(52)이 배기가스의 유동방향과 수직방향을 이루며, 복수 개가 배기가스의 유동방향을 따라 배치됨으로써, 배기가스와 접촉 면적을 늘릴 수 있다. 또한, 배기가스의 유동방향에 따른 플라즈마 정화유닛(50)의 반응 단면적은 배기 가스관(10)의 단면적과 동일할 수 있다.
제2 전극(52)은 제1 전극(53)과 여러 방향으로 코로나 방전을 하기 위하여 제1 전극(53)의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 정화유닛의 단면도이다.
플라즈마 정화유닛(50)은 복수 개의 반응모듈(51)을 포함할 수 있다. 도 4는 플라즈마 정화유닛(50)의 일례로서 복수 개의 반응모듈(51)이 직렬 및 병렬로 배치된 모습을 도시한 것이다. 플라즈마 정화유닛(50)에 포함된 복수 개의 반응모듈(51)은 동시에 동작하거나 필요에 따라 각각 동작할 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 개수로 병렬 배치된 반응모듈(51)을 직렬로 배치할 수 있다. 이 경우, 배기가스의 농도, 유속, 유량, 온도 중 어느 하나의 조건에 따라 반응모듈(51)을 선택적으로 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 배기가스의 농도가 높고, 유속이 빠르며, 유량이 많은 경우, A1 영역과 A2 영역의 반응모듈을 모두 동작시키고, 배기가스의 농도가 비교적 낮고, 유속이 느리며, 유량이 많지 않은 경우 A1 영역 또는 A2 영역 중 일부를 선택적으로 동작시킬 수도 있다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)의 작동과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.
이하, 도 5와 도 6을 참조하여 오염물질 저감장치(1)가 배기가스의 오염물질만을 제거하기 위하여 동작하는 과정을 설명한다.
도 5는 해수공급관(30)으로 공급된 해수가 스크러버(40)를 통과하여 외부로 직접 배출되는 방식을 도시한 것이며, 도 6은 해수공급관(30)으로 유입된 해수가 스크러버(40)를 통과한 후 순환관(91)을 통하여 재순환하여 재사용되는 방식을 도시한 것이다.
먼저 도 5를 참조하여 설명하면, 해수공급관(30)을 통하여 유입된 해수는 세정수공급관(20)을 통하여 스크러버(40)로 공급된다. 세정수는 스크러버(40) 상부에서 분사되며 스크러버(40)의 하부에는 세정수가 일정 수위로 채워질 수 있다.
이때, 배기가스관(10)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(40)의 하부에서 분사될 수 있다. 플라즈마 정화유닛(50)은 배기가스가 스크러버(40)로 공급되기 전에 플라즈마를 발생시켜 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다.
한편, 배기가스는 스크러버(40) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있어, 1차로 스크러버(40) 하부에 채워진 세정수에서 질소산화물, 환산화물, 분진 등의 오염물질을 제거하고 다시 스크러버(40) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 오염물질이 다시 제거될 수 있다. 이런 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되고, 오염물질이 제거된 배기가스는 배기구(42)를 통하여 외부로 배출된다.
스크러버(40)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(41)을 통하여 필터유닛(70)으로 이동한다. 필터유닛(70)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(80)로 저장하며, 깨끗한 세정수는 혼합관(34)과 해수 배출관(37)을 통하여 외부로 배출된다. 이때, 혼합관(34)을 통과하는 세정수의 pH값이 기준치를 벗어나는 경우 중화제공급부(55)는 중화제를 혼합관(34)에 주입하여 pH값을 기준치 이내로 맞춘 후 외부로 배출한다.
이어 도 6을 참조하여 설명하면, 해수공급관(30)을 통하여 유입된 해수가 스크러버(40)를 통과하여 세정수배출관(41)으로 배출되고, 세정수배출관(41)으로 배출된 세정수는 재순환탱크(90)에 일시 저장되었다가 다시 순환관(91)을 통하여 세정수공급관(20)으로 순환된다. 즉, 도 6의 과정은 세정수가 순환관(91)을 통하여 재순환하여 재사용된다는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 5의 과정과 실질적으로 동일한다.
해수공급관(30)을 통하여 유입된 해수는 세정수공급관(20), 스크러버(40), 세정수배출관(41) 및 순환관(91)을 순차적으로 순환하며, 해수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 6의 과정과 도 5의 과정을 병행하여 진행할 수 있다. 도 6의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과할 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 사용될 수 있으며, 세정수를 다수 회 재순환함으로써 세정수의 오염이 심할 경우 필터유닛(70)을 통하여 고체상 입자를 제거하고 외부로 배출하고 다시 새로운 해수를 스크러버(40)로 공급할 수 있다.
도 5와 도 6의 과정은 필요에 따라 선택적으로 또는 순차적으로 사용될 수 있다.
이하, 도 7과 도 8을 참조하여 오염물질 저감장치(1)가 배기가스의 오염물질 제거와 평형수 처리를 동시에 수행하는 과정을 설명한다.
도 7은 개루프(open loop) 타입의 오염물질 제거방식과 직접 살균방식의 평형수 처리 과정을 도시한 것이며, 도 8은 폐루프(close loop) 타입의 오염물질 제거방식과 간접 살균방식의 평형수 처리 과정을 도시한 것이다.
먼저 도 7을 참조하여 설명하면, 해수공급관(30)을 통하여 유입된 해수는 세정수공급관(20)을 통하여 스크러버(40)로 공급된다. 세정수는 스크러버(40) 상부에서 분사되며 스크러버(40)의 하부에는 세정수가 일정 수위로 채워질 수 있다.
이때, 배기가스관(10)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(40)의 하부에서 분사될 수 있다. 플라즈마 정화유닛(50)은 배기가스가 스크러버(40)로 공급되기 전에 플라즈마를 발생시켜 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 중화제공급부(55)는 세정수의 pH값을 고려하여 세정수공급관(20) 또는 스크러버(40) 또는 혼합관(34) 후단에 중화제를 분사할 수 있다.
한편, 배기가스는 스크러버(40) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있어, 1차로 스크러버(40) 하부에 채워진 세정수에서 질소산화물, 환산화물, 분진 등의 오염물질을 제거하고 다시 스크러버(40) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 오염물질이 다시 제거될 수 있다. 이런 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되고, 오염물질이 제거된 배기가스는 배기구(42)를 통하여 외부로 배출된다.
스크러버(40)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(41)을 통하여 필터유닛(70)으로 이동한다. 필터유닛(70)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(80)로 저장하며, 깨끗한 세정수는 해수공급관(30) 및 혼합관(34)을 통과하여 평형수탱크(60)로 유입되거나 해수배출관(37)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 필터유닛(70)의 일 측에 설치된 합류관(38)을 통해 스크러버(40)를 통과하지 않은 외부에서 유입된 해수가 해수공급관(30)으로 합류되어, 해수공급관(30)을 유동하는 깨끗한 세정수에 혼합될 수도 있다.
한편, 해수공급관(30)을 유동하는 세정수와 해수의 혼합수에는 주입유닛(33)을 통해 플라즈마 정화유닛(50)으로부터 공급된 살균제가 주입될 수 있다.
이어 도 8을 참조하여 설명하면, 해수공급관(30)을 통하여 유입된 해수는 세정수공급관(20)을 통하여 스크러버(40)로 공급된다. 스크러버(40)를 통과한 세정수 중 일부는 재순환탱크(90)와 순환관(91), 및 세정수공급관(20)을 거쳐 스크러버(40)로 재순환되고, 나머지 일부는 필터유닛(70)으로 이동할 수 있다. 즉, 도 7의 과정은 스크러버(40)를 통과한 세정수 중 일부가 재순환탱크(90)와 순환관(91), 및 세정수공급관(20)을 거쳐 스크러버(40)로 재순환하는 것과, 혼합관(34)을 통과한 처리수가 해수배출관(37)을 통해 외부로 배출되지 않는다는 것을 제외하면, 나머지 과정은 도 7의 과정과 실질적으로 동일하다.
한편, 해수공급관(30)을 유동하는 해수는 주입유닛(33)에 의해 중화제가 주입되고, 나머지 일부는 우회관(35)을 따라 유동하여 주입유닛(33)을 통과한 후 혼합관(34)을 유동하는 해수의 흐름에 섞일 수 있다.
도 7의 과정과 도 8의 과정은 해수에 포함되어 있는 미생물의 양이나 종류 또는 필요한 평형수의 양의 조절시기 및 배기가스의 처리시기 등을 고려하여 선택적으로 수행할 수 있을 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 배기 및 배수 오염물질 저감장치
10: 배기가스관 11: 분무유닛
20: 세정수공급관 21: 청수공급관
30: 해수공급관 31: 제어밸브
32: 센서부 33: 주입유닛
34: 혼합관 35: 우회관
36: 펌프 37: 해수배출관
38: 합류관 40: 스크러버
41: 세정수배출관 50: 플라즈마 정화유닛
51: 반응모듈 52: 제1 전극
53: 제2 전극 60: 평형수탱크
70: 필터유닛 80: 슬러지탱크
90: 재순환탱크 91: 순환관

Claims (11)

  1. 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관;
    세정수를 공급하는 세정수 공급관;
    상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에 상기 세정수 공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버;
    상기 배기가스관에 연결되며, 펄스 코로나 방전을 하여 상기 배기가스를 산화시키고 오존을 발생시켜 상기 세정수를 살균하는 플라즈마 정화유닛;
    상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함하되,
    상기 세정수공급관은 외부로부터 해수를 유입받아 밸러스트 탱크로 밸러스트수를 공급하는 해수공급관으로부터 분지되고,
    상기 플라즈마 정화유닛은 상기 스크러버 전단에 연결되어 상기 스크러버 내부로 상기 배기가스의 산화물과 상기 오존을 공급하는 배기 및 배수 오염물 저감 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 정화유닛은,
    통형상 또는 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 플레이트형상의 제1 전극과,
    상기 제1 전극의 내측 또는 상기 제1 전극의 사이에 이격되어 배치되며 상기 배기가스의 유동방향과 수직 방향으로 배열된 와이어 형상의 제2 전극을 포함하는 반응 모듈을 포함하는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 복수 개가 서로 이격되어 상기 배기가스의 유동방향을 따라 배치되는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 반응모듈은 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 배치되는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 반응모듈은 상기 배기가스의 농도, 유속, 유량, 온도 중 어느 하나의 조건에 따라 선택적으로 동작하는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 세정수배출관과 상기 세정수 공급관을 연결하는 순환관을 더 포함하는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세정수배출관과 연결되어 상기 스크러버를 통과한 세정수에 포함된 찌꺼기를 분리하는 분리유닛을 더 포함하는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 해수공급관 또는 상기 스크러버 중 적어도 하나에 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함하는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중화제공급부는,
    상기 스크러버 내부에 상기 중화제를 공급하되, 상기 세정수가 상기 배기가스와 상기 중화제를 순차적으로 접하도록 상기 중화제를 공급하는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 중화제공급부는 상기 스크러버 상부 또는 하부에 위치한 상기 세정수공급관 끝단의 하단부로 상기 중화제를 주입하는 배기 및 배수 오염물 저감장치.
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